基于web的昆蟲教學(xué)標(biāo)本管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃世國(guó) 張飛萍 王 榮 徐 通

(1.福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，福州 350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福州 350002)

基于web的昆蟲教學(xué)標(biāo)本管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃世國(guó)1張飛萍2王 榮2徐 通1

(1.福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，福州 350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福州 350002)

農(nóng)林高校昆蟲教學(xué)標(biāo)本室中標(biāo)本種類多、數(shù)量大，在標(biāo)本柜中有固定的位置。鑒于教師和學(xué)生難以準(zhǔn)確掌握昆蟲標(biāo)本存放的位置，給標(biāo)本使用、保存、更新和管理造成困難，擬開發(fā)昆蟲標(biāo)本管理系統(tǒng)解決該問題。分析了系統(tǒng)的標(biāo)本管理功能，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的框架及數(shù)據(jù)庫模式，并用合適的軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了基于web系統(tǒng)及手機(jī)APP的標(biāo)本管理系統(tǒng)的架構(gòu)。通過本系統(tǒng)可以在線查詢昆蟲標(biāo)本的存放位置、瀏覽相應(yīng)的昆蟲圖片，也可以遠(yuǎn)程增加、刪除昆蟲標(biāo)本圖片和修改昆蟲標(biāo)本的存放位置等。本系統(tǒng)有效減輕了實(shí)驗(yàn)員管理標(biāo)本的工作負(fù)擔(dān)，是學(xué)生和授課教師在線學(xué)習(xí)昆蟲標(biāo)本知識(shí)的軟件平臺(tái)。

昆蟲標(biāo)本；信息管理系統(tǒng)；互聯(lián)網(wǎng)；手機(jī)APP

昆蟲標(biāo)本是“普通昆蟲學(xué)”“昆蟲分類學(xué)”“森林昆蟲學(xué)”“農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)”等課程教學(xué)的直觀教材，也是相關(guān)研究不可或缺的材料。同時(shí)，昆蟲標(biāo)本種類多、數(shù)量大，其保存、更新和使用均存在困難。手工管理不僅工作量大、耗時(shí)耗力，而且很難形成規(guī)范管理。同時(shí)，昆蟲標(biāo)本是昆蟲學(xué)相關(guān)學(xué)科最直觀的教具，與其他教具或?qū)嶒?yàn)耗材一樣需要精心保護(hù)，適時(shí)更新、科學(xué)使用與規(guī)范管理，這無疑增加了實(shí)驗(yàn)教輔人員的工作量。因此，引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)改進(jìn)昆蟲標(biāo)本管理方式成為昆蟲標(biāo)本管理的有效途徑之一。近年來，已有許多專家應(yīng)用不同的計(jì)算機(jī)技術(shù)建立了各種各樣的昆蟲標(biāo)本管理系統(tǒng)，如昆蟲標(biāo)本數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[1]、館藏昆蟲標(biāo)本管理系統(tǒng)[2]、昆蟲標(biāo)本電子化管理系統(tǒng)[3]、昆蟲三維標(biāo)本網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)[4]、昆蟲圖片庫管理系統(tǒng)[5]、陜西省動(dòng)物研究所標(biāo)本檢索系統(tǒng)[6]。上述系統(tǒng)提供的主要功能是瀏覽查詢昆蟲分類地位、形態(tài)特征、生態(tài)習(xí)性及其昆蟲圖像等信息。

但上述系統(tǒng)均未涉及在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理過程中對(duì)昆蟲標(biāo)本的管理需求。在高校教學(xué)過程中，昆蟲標(biāo)本通常存放于標(biāo)本柜中的固定位置，具有種類多、數(shù)量大、使用頻率高且使用人數(shù)多等特點(diǎn)，管理不善極易造成存放和使用的混亂。多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)室和昆蟲標(biāo)本室標(biāo)本存放位置信息采用人工方式標(biāo)注，實(shí)驗(yàn)員則通過紙質(zhì)材料記憶昆蟲標(biāo)本存放的位置。理想情況下，學(xué)生和教師均按照實(shí)驗(yàn)員的交待將標(biāo)本取出，用完后放回正確位置。但從教學(xué)過程看，學(xué)生和教師，特別是學(xué)生往往難以準(zhǔn)確記住標(biāo)本存放位置，造成取標(biāo)本困難且放回標(biāo)本混亂的情況發(fā)生，給實(shí)驗(yàn)員增加了較大的工作負(fù)擔(dān)。由于昆蟲標(biāo)本室中的昆蟲標(biāo)本數(shù)量眾多，實(shí)驗(yàn)員準(zhǔn)確記憶標(biāo)本存放位置也有一定的困難。同時(shí)，單機(jī)版的昆蟲標(biāo)本管理系統(tǒng)難以滿足用戶的需要。為此，筆者開發(fā)了基于web的昆蟲教學(xué)標(biāo)本管理系統(tǒng)解決上述問題，同時(shí)考慮到移動(dòng)端用戶的應(yīng)用，也開發(fā)了相應(yīng)的手機(jī)APP系統(tǒng)。

一、昆蟲教學(xué)標(biāo)本管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(一)系統(tǒng)框架

近年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，通過電腦、手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備即可登錄網(wǎng)站查詢信息。為了方便師生利用互聯(lián)網(wǎng)使用昆蟲教學(xué)標(biāo)本，筆者引入了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)了基于B/S架構(gòu)的昆蟲教學(xué)標(biāo)本管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本管理子系統(tǒng)和昆蟲標(biāo)本室標(biāo)本管理子系統(tǒng)組成，用戶可通過該系統(tǒng)瀏覽昆蟲標(biāo)本圖片、分類階元以及標(biāo)本存放位置等信息。該系統(tǒng)框架主要分為查看實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本、管理實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本、查看標(biāo)本室標(biāo)本、管理標(biāo)本室標(biāo)本、管理用戶等5個(gè)模塊，其框架結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 昆蟲教學(xué)標(biāo)本管理系統(tǒng)的框架

(二)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

昆蟲標(biāo)本管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息主要包括實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本信息表、標(biāo)本室標(biāo)本信息表和用戶表，表和表之間不具有關(guān)聯(lián)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本信息表有6個(gè)屬性：標(biāo)本Id、名稱、類別、位置、圖片地址、屬于。在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本信息表中名稱屬性有2種含義：一是昆蟲物種名稱，二是器官名稱。類別屬性也分2種情況，當(dāng)名稱是指昆蟲物種名稱時(shí)，類別指的是昆蟲物種所屬科目信息，當(dāng)名稱是指器官名稱時(shí)則類別信息為無。位置屬性是指標(biāo)本在實(shí)驗(yàn)室中的存放位置。圖片地址屬性是指標(biāo)本圖片在服務(wù)器上的存放路徑。屬于屬性是指標(biāo)本屬于實(shí)驗(yàn)室還是標(biāo)本室的。

標(biāo)本室標(biāo)本信息表也有6個(gè)屬性：名稱、科、目、位置、圖片地址、屬于。在標(biāo)本室標(biāo)本信息表中，名稱屬性僅指昆蟲物種名稱，與實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本信息表中名稱屬性的含義不同。位置屬性是指標(biāo)本在標(biāo)本室中的存放位置?？茖傩允侵咐ハx所屬科。目屬性是指昆蟲所屬目。圖片地址屬性、屬于屬性與實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本信息表中的含義相同。

用戶表屬性信息：用戶Id、用戶名、用戶密碼。

二、昆蟲教學(xué)標(biāo)本管理系統(tǒng)的功能

(一)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本管理功能

實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本管理系統(tǒng)分2類用戶：用戶(學(xué)生和教師)和實(shí)驗(yàn)員。用戶僅具有查詢功能，實(shí)驗(yàn)員則具有查詢、增加、刪除、修改功能。

為了完成查詢功能，用戶進(jìn)入圖2所示頁面，在搜索框中輸入標(biāo)本名稱(物種名稱或者器官名稱)，單擊搜索按鈕則得到圖2所示的搜索結(jié)果。從搜索結(jié)果頁面中可獲得標(biāo)本名稱及其對(duì)應(yīng)的位置信息等。同時(shí)，該系統(tǒng)提供了模糊查詢功能，即用戶可輸入昆蟲名稱的部分信息進(jìn)行結(jié)果的查詢，然后再由用戶在查詢結(jié)果頁面確認(rèn)所需要的標(biāo)本及其位置信息。

圖2 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本查詢功能

與查詢功能不同，為了添加實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本信息，用戶首先必須以實(shí)驗(yàn)員身份先登錄系統(tǒng)，其次在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本主頁面中單擊添加按鈕，跳轉(zhuǎn)到圖3所示頁面，最后分別在文本框中輸入相關(guān)信息，其中標(biāo)本名稱和標(biāo)本位置的信息必須填寫，其他信息可為空。如要上傳圖片則單擊選擇文件按鈕進(jìn)行操作，輸入完所有信息后單擊確定按鈕完成實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本信息添加功能。

圖3 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本添加功能

為了完成刪除和修改實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本功能，用戶必須以實(shí)驗(yàn)員身份登錄系統(tǒng)后，輸入待刪除和修改的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本名稱，跳轉(zhuǎn)到查詢結(jié)果頁面圖4后，單擊刪除按鈕，從系統(tǒng)中刪除該標(biāo)本信息；單擊修改按鈕，修改標(biāo)本名稱和標(biāo)本位置信息，但其他信息不能修改，同時(shí)修改后的內(nèi)容不能為空，否則系統(tǒng)給出出錯(cuò)信息。

圖4 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本刪除和修改功能

(二)標(biāo)本室標(biāo)本管理功能

標(biāo)本室標(biāo)本系統(tǒng)分2類用戶：用戶(學(xué)生和教師)和實(shí)驗(yàn)員。用戶僅具有查詢功能，實(shí)驗(yàn)員則具有查詢、增加、刪除、修改功能。

為了進(jìn)行標(biāo)本室標(biāo)本查詢，用戶首先打開標(biāo)本室標(biāo)本查詢界面，在界面上方位置出現(xiàn)一個(gè)文本框及搜索按鈕，在該文本框中輸入標(biāo)本名稱，可以是昆蟲種的名稱，也可以是屬、科、目的名稱，然后單擊搜索按鈕或者直接回車即可。同時(shí)，當(dāng)用戶未準(zhǔn)確記住昆蟲名稱時(shí)，也可以輸入昆蟲名稱的一部分，如用戶想查找松墨天牛的昆蟲標(biāo)本圖片，但未記住松墨天牛完整名稱，只記住它屬于天?？?，用戶可在文本框中輸入天牛這2個(gè)字，利用系統(tǒng)的模糊查詢功能，就可查到含天牛這2個(gè)字的所有昆蟲相關(guān)信息。在該系統(tǒng)中，查詢結(jié)果與查詢界面分別屬于不同的頁面。當(dāng)在查詢界面完成相應(yīng)操作后，該系統(tǒng)就從標(biāo)本查詢界面跳轉(zhuǎn)到查詢結(jié)果顯示頁面。在查詢結(jié)果顯示頁面中，左邊區(qū)域顯示想尋找的昆蟲標(biāo)本圖片；右邊區(qū)域則分成4行，分別顯示標(biāo)本所屬科的名稱、目的名稱、標(biāo)本位置以及標(biāo)本屬于標(biāo)本室還是實(shí)驗(yàn)室。

與查詢功能不同，為了進(jìn)行標(biāo)本室標(biāo)本的刪除和修改，用戶首先以實(shí)驗(yàn)員身份登錄到系統(tǒng)中，打開標(biāo)本室標(biāo)本查詢界面完成昆蟲標(biāo)本查詢操作。該頁面與無需登錄直接查詢得到的查詢結(jié)果頁面不同，其區(qū)別在于登錄后的查詢結(jié)果頁面除了顯示用戶得到的查詢結(jié)果外，還在頁面的右邊標(biāo)本信息的下方增加了刪除和修改2個(gè)按鈕。單擊刪除按鈕，則該昆蟲所有信息及其對(duì)應(yīng)的圖片將從標(biāo)本室標(biāo)本數(shù)據(jù)庫中刪除；單擊修改按鈕，則跳轉(zhuǎn)到與普通用戶查詢結(jié)果相似的頁面，但此時(shí)在該頁面右邊部分顯示的昆蟲信息區(qū)域由標(biāo)簽變更為文本輸入框，在該框中輸入修改信息后確認(rèn)，即可把修改后的結(jié)果顯示在頁面上并保存到數(shù)據(jù)庫中。

為了進(jìn)行標(biāo)本室標(biāo)本添加，用戶首先以實(shí)驗(yàn)員身份登錄該系統(tǒng)，并打開標(biāo)本室標(biāo)本管理系統(tǒng)的主頁，在該頁面上方位置設(shè)有添加按鈕，單擊該按鈕后跳轉(zhuǎn)到標(biāo)本室標(biāo)本添加頁面。該頁面上與昆蟲相關(guān)的信息分5行，分別輸入標(biāo)本所屬目的名稱、標(biāo)本所屬科的名稱、標(biāo)本位置、標(biāo)本屬于標(biāo)本室還是實(shí)驗(yàn)室以及要上傳的昆蟲圖片就能完成相關(guān)信息的輸入。其中，昆蟲標(biāo)本所屬科的名稱以及標(biāo)本位置信息必須輸入。如果要上傳昆蟲圖片，則單擊第5行上的選擇文件按鈕，就可跳轉(zhuǎn)到文件對(duì)話框，在該對(duì)話框中選擇需上傳的昆蟲圖片后，單擊確定按鈕即可完成操作。

(三)基于手機(jī)APP的標(biāo)本管理功能

基于手機(jī)APP的昆蟲標(biāo)本管理功能與基于B/S架構(gòu)的昆蟲標(biāo)本管理功能相同，但基于手機(jī)APP的昆蟲標(biāo)本管理系統(tǒng)更適合于手機(jī)應(yīng)用。其實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本管理系統(tǒng)的主界面如圖5所示。當(dāng)使用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本查詢功能時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室主界面搜索欄中輸入標(biāo)本名稱后，跳轉(zhuǎn)到查詢結(jié)果手機(jī)頁面，在該手機(jī)頁面上顯示匹配該名稱的標(biāo)本所有信息。當(dāng)使用實(shí)驗(yàn)室添加、刪除和修改功能時(shí)，則必須以實(shí)驗(yàn)員身份登錄該系統(tǒng)，在手機(jī)上選擇不同的管理功能(如添加、刪除和修改等)完成后續(xù)的工作。另外，在APP查詢功能中輸入相關(guān)查詢信息即可完成查詢，無需再次點(diǎn)擊搜索。

當(dāng)用戶需要從實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本管理系統(tǒng)切換到標(biāo)本室標(biāo)本管理系統(tǒng)時(shí)，則點(diǎn)擊頁面下方的標(biāo)本室標(biāo)簽就可進(jìn)入到標(biāo)本室標(biāo)本管理系統(tǒng)頁面。通過該頁面可完成標(biāo)本室標(biāo)本管理的查詢功能。同時(shí)，用戶如果想要完成其他管理功能，則需要以實(shí)驗(yàn)員身份登錄該系統(tǒng)后才能進(jìn)行操作。

圖5 基于手機(jī)APP的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本管理系統(tǒng)

三、昆蟲教學(xué)標(biāo)本管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

昆蟲標(biāo)本管理系統(tǒng)采用Tomcat6.0應(yīng)用服務(wù)器，MYSQL5.0數(shù)據(jù)庫以及Spring+MVC框架。Tomcat是由Apache軟件基金會(huì)下屬的Jakarta項(xiàng)目組開發(fā)的一個(gè)Servlet容器，它支持Servlet和Java Server Page，提供了web服務(wù)器的一些特有功能[7]。MYSQL5.0是一個(gè)多線程的結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，具備開放源碼的優(yōu)勢(shì)，其執(zhí)行性能高、運(yùn)行速度快、易于使用[8]。Spring+MVC是一個(gè)模型-視圖-控制器的web框架，將Http處理流程抽象為不同的處理單元，定義了一系列組件(接口)與所有的處理單元對(duì)應(yīng)起來，由DispatcherServlet貫穿始終，并將所有的組件串聯(lián)起來[9]。

為適應(yīng)移動(dòng)應(yīng)用APP開發(fā)，筆者采用XCode 7.0開發(fā)工具、SQLite數(shù)據(jù)庫開發(fā)手機(jī)APP系統(tǒng)。Xcode是開發(fā)iOS應(yīng)用程序最快捷的方式，它的用戶界面設(shè)計(jì)統(tǒng)一。同時(shí)，編碼、測(cè)試、調(diào)試均可在一個(gè)簡(jiǎn)單的窗口內(nèi)完成[10]。SQLite數(shù)據(jù)庫是輕型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，占用資源很少，能夠支持各種主流的操作系統(tǒng)，可以嵌入到很多程序設(shè)計(jì)語言中，并具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫接口[11]。在開發(fā)手機(jī)APP時(shí)，筆者還使用了PULLTableView框架、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求框架、JDBC數(shù)據(jù)庫框架以及JsonKit框架，其為昆蟲教學(xué)標(biāo)本管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了良好的開發(fā)平臺(tái)及軟件工具。

目前，昆蟲標(biāo)本管理系統(tǒng)已布署在福建農(nóng)林大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)與信息管理中心分配的服務(wù)器資源上。該系統(tǒng)已被林學(xué)和森林保護(hù)2個(gè)專業(yè)學(xué)生、教師和昆蟲標(biāo)本室的實(shí)驗(yàn)員使用。學(xué)生、教師反映該系統(tǒng)使用方便，可以輔助他們準(zhǔn)確取放昆蟲標(biāo)本，同時(shí)通過該系統(tǒng)他們能夠?qū)W到大量昆蟲分類的知識(shí)。實(shí)驗(yàn)員反映，使用該系統(tǒng)明顯減少了他們整理昆蟲標(biāo)本的工作量。

[1] 劉長(zhǎng)明，趙景瑋.昆蟲標(biāo)本計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].華東昆蟲學(xué)報(bào)，1997，6(1)：77-83.

[2] 嚴(yán)乃勝.昆蟲標(biāo)本數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，12(1)：12-14.

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(責(zé)任編輯 孫艷玲)